Criterios Para El DiseñO De Una Maquina Deshidratadora
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CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UNA MÁQUINA DESHIDRATADORA DE HUEVO Ing. Hebert Hugo Zabala Zambrana
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Presentaciones Power Point de las conferencias realizadas en el IV CBIME
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CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UNA MÁQUINA
DESHIDRATADORA DE HUEVO
Ing. Hebert Hugo Zabala Zambrana
Estructura del huevo.Estructura del huevo.• El peso promedio del huevo esta en torno a los 60 g, de los
cuales la clara representa el 60%, la yema el 30% y la cáscara, junto a las membranas, al 10% del total.
• El contenido de humedad del huevo entero liquido es del 74%, 87% en la clara y un 49% en la yema.
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• Uno de los métodos de deshidratación es poner el producto húmedo en contacto con una superficie caliente.
• Como ventajas de este tipo de secadores tenemos las altas velocidades de deshidratación.
• Como desventajas de este tipo de secadores no es muy aplicable a productos sensibles al calor.
Deshidratación por contacto con una Deshidratación por contacto con una superficie caliente.superficie caliente.
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Desecación por contacto con aire Desecación por contacto con aire caliente.caliente.
SECADOR DE TUNEL.• Entre las ventajas se
puede conseguir la flexibilidad en el control debido a que dispone de entrada y salida de aire
• Las desventajas que tiene este tipo de secador es de que los tiempos de secado son muy grandes, en el caso del huevo el tiempo de secado es del orden de los 140 minutos.
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Desecación por contacto con aire Desecación por contacto con aire caliente.caliente.
SECADORES POR PULVERIZACIÓN.• Este tipo de secadores son
usados con mayor frecuencia en las industria de los alimentos sensibles al calor,.
• Como ventajas de este tipo de secador podemos indicar tiempos de desecación muy cortos en el orden de 1 a 3 seg.
• Es necesario realizar grandes inversiones debido al tamaño y complejidad de los equipos. G
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AJO Descripción del sistema de secado.Descripción del sistema de secado.
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AJO Capacidad ProyectadaCapacidad Proyectada
AÑO CHUQUISACA LA PAZ COCHABAMBA ORURO TARIJA SANTA CRUZ BENI TOTAL
1.991 4.053.848 9.033.348 93.142.148 4.826.648 8.389.823 360.658.347 4.737.841 484.842.003
1.992 1.723.218 9.637.136 95.116.928 2.463.736 7.097.833 373.510.348 2.450.803 492.000.002
1.993 2.446.835 6.416.297 122.444.054 1.419.701 7.846.428 356.958.275 3.468.410 501.000.000
1.994 1.689.814 5.853.130 162.016.967 1.563.690 7.550.097 359.602.975 2.723.327 541.000.000
1.995 3.966.098 8.223.030 190.100.258 2.444.443 10.287.069 408.960.193 5.078.809 629.059.900
1.996 3.321.300 7.672.085 198.700.121 4.389.917 10.103.477 394.030.122 4.512.981 622.730.003
1.997 3.460.222 7.948.474 196.100.219 4.572.567 10.316.170 443.640.055 4.702.334 670.740.041
1.998 3.676.740 9.481.304 234.100.253 5.102.233 12.914.681 552.030.194 5.424.532 822.729.937
1.999 8.492.326 14.516.340 214.650.194 9.705.141 17.600.043 572.860.171 10.065.770 847.889.985
Fuente: Asociaciones departamentales de avicultura de Santa Cruz y Cochabamba
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AJO Capacidad Proyectada Capacidad Proyectada (Cont….)(Cont….)
La parábola de mínimos cuadrados
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AJO Capacidad Proyectada Capacidad Proyectada (Cont….)(Cont….)
• Año 2016= 96.546.371 huevos Frescos.
• Producción Diaria= 264.511 huevos frescos.
• Cantidad de huevos a industrializar = 26.451 huevos Frescos.
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AJO Capacidad Proyectada Capacidad Proyectada (Cont….)(Cont….)
• Peso promedio de 10 huevos
frescos es de 528,25 gr.
26.451 huevos Frescos kgP H 8,397.1
• El peso promedio de la clara es de 60% y el peso promedio de la yema es el restante 30% por lo tanto tenemos:
kgP
kgP
yema
clara
419,18
838,37
• Se tendrá una jornada diaria de 8 horas por lo tanto tendremos unos flujos de:
hkgW
hkgW
yemaE
claraE
/ 52,40
/ 104,80
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• Balance de masa.• La humedad requerida para la
industrialización del huevo es de 9% para la clara y de 6% para la yema. La humedad del huevo fresco es de 87% para la clara y de 49% para la yema.
WS clara = 14,97 kg./h
WS yema = 28,43 kg/h
SEAW WWW
)/( 1000 hlW
CAPagua
AWclara
• La densidad del agua a una temperatura
de 4ºC es 1000 Kg/m3.
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• Temperatura media en la cámara de secado.
• Las temperaturas de entrada y salida del aire de secado para la yema son 220ºC / 90ºC y para la clara 180ºC / 80ºC.
oa
ia
oaiam
T
T
TT
ln
)(
Cm º6,141)(
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• t= Tiempo de secado, s.λ = Calor latente de evaporación de
fusión, 540 kcal/kg.ρ= Densidad del huevo, 1035,000
kg/m3.Nu = Número de Nusselts, 2.KA = Conductividad térmica del
aire, 0.027 kcal/h m ºC.Δθ)m=Diferencia de temperatura del
aire, ºC.d = Diámetro máximo de la gota,
2.06E-04m.
m
t)(KNu4
d
A
2
t= 1,48 seg.
• Como podemos ver la evaporación es prácticamente instantánea, pero para que el producto quede seco, se requiere de un tiempo de estadía, que en nuestro caso es del orden de los 14 segundos, de lo contrario el producto saldría húmedo
• Tiempo de secado. secado.
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• La velocidad de una gota en una corriente de aire vertical, se compone de dos partes
U = Ut + Ug
• La velocidad del medio secante es de 0.11 m/seg
pD
NU Re
t
Dp= Diámetro de la gota, 0,0004922 ft.ρ= Densidad del aire, 0,0673 lb/ft3.μ= Viscosidad del aire, 0,0000188 lb/ft * seg.
NRe = Numero de Reynolds, 1.
Ut = 0,17 m/seg.
U = 0.28 m/seg.
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• Para calcular la cantidad de aire que se necesita para producir la evaporación se utiliza la siguiente ecuación:
• Donde:
b= 0.37
W AW clara =Cantidad de agua extraída por el aire, 89,82 kg./h
Q = 1994,11 m3/h 2000 m3/h• La altura del secador será:
• Para determinar el volumen de la cámara de secado se debe disponer del tiempo de evaporación.
VC = 7,75 m3
tUH
H = 3.96 m 4 m
)/( 60 3 hmWbQ claraAW
QtVC
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AJO Diseño de la Cámara de SecadoDiseño de la Cámara de Secado
• Cuando la cámara de secado es de base cónica y cuerpo cilíndrico de altura h, y si el cono tiene un ángulo de 60º, el volumen puede ser expresado como:
)(2886,07854.0 32 ftDhDV
D = 0,86 ft 2.6 m.
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AJO Selección del AtomizadorSelección del Atomizador
MODELOPOTENCIA
DEL MOTORCAPACIDAD
DIAMETRO DELA POLEA
MOTRIZ
DIAMETRO DELA POLEA
CONDUCIDA
DIAMETRODEL DISCO
NUMERO DE
ORIFICIOS
DIAMETRODE LOS
ORIFICIOSPESO
5017 FX 3 HP 110 kg/h 193 mm 45 mm 170 mm 16 4 mm 70 kg
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AJO Selección del Generador de Aire CalienteSelección del Generador de Aire Caliente
• Para calcular el calor requerido para elevar la temperatura del aire de 14,4 ºC a 220 ºC se utiliza la siguiente expresión:
AWIAPAA TTCWQ
Donde:WA = Flujo másico del aire, kg/hCPA = Capacidad calorífica del aire, 0.2388kcal/kg ºK.TIA = Temperatura de entrada del aire la secador, 220ºC = 493,15 ºKTAW = Temperatura del aire del medio ambiente, 14,4ºC = 287,55ºK
• El flujo másico del aire es de 2000 m3/h y la densidad del aire es 1,043 kg/m3, entonces tenemos que:
/043,1/2000 33 mkghmWA
WA = 2085,61 kg/h
Q = 102596,937 kcal/h
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AJO Selección del Generador de Aire CalienteSelección del Generador de Aire Caliente
CAPACIDAD CONSUMO EFICIENCIA MOTORCAUDAL DE
AIREPRESION ESTATICA PESO
175.000 kcal/h 10,75 m3/h 75% 5 HP 2000 m3/h 200 mmca 200 kg
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AJO Diseño del Ducto de Transporte NeumáticoDiseño del Ducto de Transporte Neumático
• Cantidad de aire necesaria
para el transporte.
Q = 1994,11 m3/h 2000 m3/h
• Cantidad de producto a transportar.
Ws clara = 14,97 kg./hWs yema = 28,43 kg/h
• Cálculo de la velocidad de transporte
m = 0,36 kg/dm3
v = 14.94 m/seg
• Por ser un material ligero elegimos la velocidad más baja considerando un 6% menos.
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AJO Diseño del Ducto de Transporte NeumáticoDiseño del Ducto de Transporte Neumático
• Cálculo del diámetro
• Donde:
Q = Cantidad de aire para el transporte, 0,56 m3/seg.
V = Velocidad elegida, 14.94 m/seg.
v
QD
2
D = 0.218 mD = 250 mm
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AJO Diseño del Ciclón Separador de PolvoDiseño del Ciclón Separador de Polvo
• Datos para el diseño.
• Flujo
q = 2000 m3/h
• Densidad de las partículas
ρ = 260 kg/m3
• Temperatura del fluido
T = 90 ºC
• Velocidad de entrada del fluido
v = 14,94 m/seg
• Tamaño de la partícula
d = 60 micrones
• Densidad del aire
air = 1,043 kg/m3
• Software proporcionado por la “Neil Stone, Chief Engineer”
• Ingreso de datos.
ESPECIFIQUE UNITS (U = US CUSTOMARY[INGLES], M = METRIC) M
Input Working
Flow rate Q m^3/h 2000 1177 cfm
Design inlet velvi m/s 14,94 49 fps
Gas densityrg kg/m^3 1,0430 0,065 pcf
Inlet area 0,40 sf
PD parameter 1,19cm water
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AJO Diseño del Ciclón Separador de PolvoDiseño del Ciclón Separador de Polvo
Dimensions
Type of cyclone
Stairmand Swift Lapple SwiftPeterson/
Whitby
HE HE LE LE LE
Dia D m 0,61 0,63 0,55 0,55 0,55
Inlet ht a m 0,30 0,28 0,27 0,27 0,32
Inlet width b m 0,12 0,13 0,14 0,14 0,12
Outlet length S m 0,30 0,32 0,34 0,33 0,32
Outlet dia De m 0,30 0,25 0,27 0,27 0,28
Cylinder ht h m 0,91 0,89 1,09 0,95 0,74
Overall ht H m 2,44 2,47 2,18 2,05 1,76
Dust outlet dia B m 0,23 0,25 0,14 0,22 0,28
# vel hds Nh 5,14 4,87 4,49 4,69 4,77
Press drop, no NV cm water 6,12 5,81 5,35 5,59 5,68
Press drop, with NV cm water 2,87 2,72 2,51 2,62 2,66
• Analizando las eficiencias de los diferentes tipos de ciclones se selecciona el ciclón tipo Swift HE con una eficiencia de 97.9%.
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AJO Selección del Acero y Cálculo del Espesor Selección del Acero y Cálculo del Espesor
de la Plancha de Acerode la Plancha de Acero
t = 1.5 mm
• Se utiliza el acero inoxidable ya que son una excelente elección para la construcción de equipos para la industria química, láctea, alimenticia y biotecnológica ya que ofrecen elevada resistencia a la corrosión.
N
Sy
t
dmP
2
• La presión dentro de la cámara de secado es de 50 mmca y es una presión negativa, el coeficiente de diseño N tomaremos un valor de 6, y el valor de Sy es 236 MPa y el diámetro de la cámara de secado es 2.6 m, con estos valores tenemos:
Cámara de secado: t = 0,014 mm Ciclón: t = 0,0035 mm
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AJO Cálculo de las Pérdidas en el Aislamiento Cálculo de las Pérdidas en el Aislamiento
TérmicoTérmico • La cantidad de calor perdido para
cilindros se calcula con la siguiente expresión:
aislanteacero k
r
r
k
r
r
TTq
2
3
1
2
21
lnln
2
Cámara de secado: q1 = 2.116,44 kcal./h
Ducto de transporteq2 = 421,12 kcal./h
• La cantidad de calor perdido para paredes planas se calcula con la siguiente expresión:
aislanteacero k
x
k
xTTr
q21
2122
Techo de laCámara de secado:q3 = 1.360 kcal./h
Calor perdido total: q = 3897,62312 kcal./h
3897,62312 kcal./h << 175.000 kcal/h
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AJO Diseño del Sistema de Control del Diseño del Sistema de Control del
Deshidratador de HuevoDeshidratador de Huevo
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AJO Mantenimiento del Equipo de Mantenimiento del Equipo de
DeshidratadoDeshidratado• Antes de la operación diaria.
– Que toda la instalación esté limpia y seca y no haya charcos de agua en los lugares desparejos de la superficie.
– Que el atomizador gire libre y suavemente al impulsarlo con la mano, que la correa esté tensa y que haya suficiente aceite limpio en el depósito.
– Verificar todos los sistemas de protección eléctrica.– Verificar las corrientes absorbidas por los motores eléctricos y
compárelas con las corrientes de la placa de características.– Escuchar y localizar ruidos y vibraciones anormales que se puedan
presentar durante la operación de trabajo.
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AJO Mantenimiento del Equipo de Mantenimiento del Equipo de
DeshidratadoDeshidratado• Mantenimiento Cada Tres Meses.
– Estructura.Todas las piezas pintadas necesitan de una mínima atención con objeto de
mantenerlas en buen estado. Ya que cuando existen porcentajes altos de humedad y temperaturas altas favorecen y aceleran los procesos corrosivos.
• Realizar una inspección visual en toda la parte de la soldadura (erosión, erosión- corrosión)
• Verificar si existe corrosión ínter granular.• Verificar que no existan desprendimientos de capa.
– Generador de aire caliente.• Se controlará la limpieza del propio quemador y las posibles fugas de
gas que pudieran existir.• Limpieza del tubo de salida de los humos de combustión.
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AJO Mantenimiento del Equipo de Mantenimiento del Equipo de
DeshidratadoDeshidratado• Mantenimiento Cada Tres Meses.
– Sistema de transmisión de correas.• Aplicar una fuerza de aproximadamente 2 kg sobre la correa entre las poleas, no debe
flexionar más de 3 mm.• Verificar la alineación de las poleas.• Limpiar correas y gargantas de poleas con un trapo empapado con un producto
desengrasante.
– Sistema eléctrico y de automatización.• Verificar que no exista humedad en bornes.• Verificar que el sensor de temperatura este sujeta al ducto de aire.• Verificar que las conexiones eléctricas estén sujetas.• Limpieza de las conexiones eléctricas.• Verificar la tensión de la fuente de alimentación del PLC.• Verificación del funcionamiento de las electroválvulas.• Verificar la temperatura leída en el panel de control con un termómetro o una pistola de
medición de temperatura.
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AJO Mantenimiento del Equipo de Mantenimiento del Equipo de
DeshidratadoDeshidratado• Mantenimiento Cada Tres Meses.
– Rodamientos.• Verificar ruido para detectar estado de lubricación.• Verificar que los rodamientos no estén a temperaturas elevadas.
• Mantenimiento Anual.
• Verificar el estado de los rodamientos, incluir engrase.• Analizar vibraciones en los motores eléctricos y en el ventilador.• Limpieza de las conexiones eléctricas de los motores eléctricos.• Compruebe por medio de una señal trazada sobre el eje de la máquina, si el
rotor del motor eléctrico esta desalineado.
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AJO Costos de ConstrucciónCostos de Construcción
• El costo calculado redondeado a $ 61.500 es menor al costo de una maquina de la empresa GALAXIE SC que esta a un costo de $ 95.750 el costo se entiende en F.O.B. es decir importando la maquina de la Argentina elevaría el costo aproximadamente un 40 % por la aduana.
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ES ConclusionesConclusiones
El diseño de la maquina deshidratadora de huevo se desarrollo satisfactoriamente, y teniendo la comparación de precios se puede advertir que la máquina propuesta tiene menor precio que una similar importada llegando a ahorrar un 45 a 55%. Además que por ser una tecnología totalmente desconocida en nuestro medio llegaríamos a fortalecer nuestra industria en el rubro de la industrialización del huevo en polvo.
Se dispone de tecnología y con mano de obra calificada para la construcción de la maquina, de esta manera se explotan nuestros recursos y se aplica nuestros conocimientos al servicio del país.
Por el conjunto de partes con que cuenta la máquina, hacen que su operación y mantenimiento sean fáciles y sencillos, por lo que la operación y el mantenimiento pueden ser realizados por personal debidamente capacitado.
La ventaja del huevo en polvo es de que no se necesita refrigeración para su conservación, de esta manera se aprovecha en usos industriales como ser en el rubro de alimentos.
No solo se puede industrializar el huevo en esta maquina ya que esta es estándar para cualquier producto, se podría deshidratar varios productos variando las temperaturas de entrada y salida de la cámara de secado.
Se aporto a nuestro país con un diseño de una maquina desconocida en nuestro medio.
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ES RecomendacionesRecomendaciones
La industrialización del huevo en polvo es totalmente desconocido por lo cual se recomienda realizar un estudio de factibilidad de la industrialización de huevo.
Se recomienda que la planta de industrialización de huevo se localicé en la población de Monteagudo por ser esta una región bastante adecuada para el asentamiento de las granjas avícolas por tener temperaturas mas altas que en la ciudad de Sucre.
Además se recomienda que no solo se industrialice el huevo, ya que en la región de Monteagudo se produce gran cantidad de frutas cítricas como ser naranja, mandarina y kinoto, sin embargo por la inestabilidad de los caminos que vinculan a zonas que tienen demandas de huevos y frutas cítricas se dificulta y se eleva el costo de transporte de estos productos, por esta razón muchos de estos productos se dejan en la región y se pudre la mayor parte de está producción. Por esta razón se recomienda industrializar las frutas cítricas.
Se recomienda industrializar la cáscara de huevo para que esta sea parte del alimento balaceado de las gallinas ponedoras.
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ES
RE
CO
ME
ND
AC
ION
ES Recomendaciones para Proyectos Recomendaciones para Proyectos
FuturosFuturos Se recomienda diseñar otras maquinas que complementen la
industrialización del huevo. Se recomienda diseñar y construir el atomizador y el generador de
aire caliente indirecto en nuestro país ya que con esto se podría bajar más aún el costo de la maquina.
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GRACIASGRACIAS
